Graphite magnet brush. (Reference image by Marcin Wichary, Flickr).

为了从煤中制造石墨，俄亥俄大学的研究人员展示了一种新的固体碳，他们将其命名为“无定形石墨”。
石墨是一种用途广泛的重要碳材料。石墨的一个新兴应用是用于锂离子电池的电池阳极，它对电动汽车行业至关重要——一辆特斯拉Model S平均需要54千克石墨，”科学家在《物理评论快报》上发表的一篇论文中指出。
在研究人员看来，纯碳材料制成的电动汽车电池电极效果最好。然而，电动汽车和科技行业不断上升的需求使得此类材料难以获得。
基于从头算模拟的概念，这意味着从一开始，物理学家David Drabold和工程师Jason Tremblay的工作追求从自然产生的碳质材料合成石墨的新途径。
通过几种不同的计算，他们发现了一种在非常高的温度(约3000开尔文)下形成的分层材料。由于层与层之间形成了电子气体，它的层保持在一起，但它们并不是构成理想石墨烯的完美六边形层。这种新材料有很多六边形，也有五边形和七边形。与石墨烯相比，这种环的无序降低了新材料的导电性，但在以六边形为主的区域，导电性仍然很高。
德拉博尔德在一份媒体声明中说:“在化学中，通过高温热处理将碳质材料转化为层状石墨结构的过程被称为石墨化。”
“在这封信中，我们通过从头计算和机器学习分子动力学模拟表明，纯碳网络具有压倒性的倾向，在显著的密度和温度窗口中转换为分层结构，即使在随机启动配置中也会发生分层。平面层是无定形石墨烯:拓扑无序的三配位碳原子排列在五边形、六边形和七边形的碳平面上。”
根据这位科学家的说法，由于这个阶段在拓扑上是无序的，石墨通常的“堆积登记”仅在统计上得到尊重。
“在没有范德华密度泛函(LDA和PBE)力修正的情况下观察到的分层，我们讨论了展厅(平面之间的空隙)中离域电子气体的形成，并表明，平面间的凝聚力部分是由于这种低密度电子气体。相对于石墨烯，它的平面内电子导电性显著降低。”
研究人员希望他们的声明能够刺激实验和研究解决无定形石墨的存在，这可以通过剥离和/或实验表面结构探针进行测试。
德拉博尔德说:“导致我们得出这个结论的问题是，我们是否可以用煤制造石墨。”“这篇论文没有完全回答这个问题，但它表明，碳具有压倒性的像石墨一样的层状倾向，但有许多‘缺陷’，如五边形和七边形(碳原子的五元环和七元环)，非常自然地融入网络。
我们提出证据，非晶态石墨存在，我们描述它的形成过程。从实验中已经怀疑石墨化发生在3000 k附近，但形成过程的细节和在平面中无序的性质是未知的。”

来源：www.mining.com

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